過(guò)程能力與測(cè)量系統(tǒng)分析4

1、,,過(guò)程能力與測(cè)量系統(tǒng)分析,廈門(mén)TTE總經(jīng)理室：賴(lài)炳和,,目錄,一.過(guò)程能力分析二.測(cè)量系統(tǒng)分析,一.過(guò)程能力分析,一、基本概念,就是對(duì)過(guò)程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的各類(lèi)因素（５Ｍ１Ｅ：人．機(jī)．料．法．環(huán)．測(cè)）進(jìn)行分析，找出主導(dǎo)因素，調(diào)查這些因素與產(chǎn)品質(zhì)量特性之間的關(guān)系，然后建立過(guò)程因素管理標(biāo)準(zhǔn)（或質(zhì)量控制計(jì)劃），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（或質(zhì)量控制計(jì)劃展開(kāi)過(guò)程質(zhì)量控制活動(dòng)；,1.過(guò)程能力分析:,2.過(guò)程能力：,是指構(gòu)成過(guò)程的六大要素（５Ｍ１Ｅ：人．機(jī)．料．法

2、．環(huán)．測(cè)） 處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)程度的數(shù)量表示，它反映了過(guò)程的實(shí)際能力，通常用產(chǎn)品特性波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差σ來(lái)度量；,3.過(guò)程能力指數(shù)：,過(guò)程質(zhì)量要求與過(guò)程能力的比值，常用Ｃp表示：Ｃp＝Ｔ／６ σ過(guò)程能力只表示過(guò)程的實(shí)際加工能力，而與產(chǎn)品的技術(shù)要求無(wú)關(guān)，為了衡量過(guò)程能力滿(mǎn)足過(guò)程技術(shù)要求程度，因此引入了過(guò)程能力指數(shù)的概念；,一、保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)工作；二、提高過(guò)程能力的有效手段；三、找出產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)的方向；四、向客戶(hù)證明加工過(guò)程能

3、力。,進(jìn)行過(guò)程能力分析的意義,過(guò)程能力有關(guān)的幾個(gè)統(tǒng)計(jì)量,,1.sigma(σ)-短期制程:長(zhǎng)期制程:2.Cp(Cpu Cpl ):-- Pp3.Cpk:--Ppk,二、過(guò)程能力指數(shù)的計(jì)算,一 計(jì)量值 1 雙側(cè)規(guī)格界限 （1）無(wú)偏 （2）有偏 2 單側(cè)規(guī)格界限 （1）僅給出規(guī)格上限TU （2）僅給出規(guī)格下限TL,計(jì)量值,,,,,P1,P2,Lsl,

4、Usl,μ,,,f（x）,,σ,,T,雙側(cè)規(guī)格界限是指既具有規(guī)格上限(TU)要求，又有規(guī)格下限(TL)要求的情況,(1)無(wú)偏-規(guī)格中心μ與分布中心重合,●計(jì)算公式：,1.雙側(cè)規(guī)格界限,① 不合格品率估計(jì)： 注：查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)分布表可得,Cp與不良率P之間的關(guān)系,根據(jù)某工序加工零件的測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算得出， =6.5,σ=0.0055

5、，規(guī)格要求為  。試求該工序的過(guò)程能力指數(shù)及不良品率。,例1,解：,(2)有偏——規(guī)格中心μ與分布中心 不重合,(2)有偏——規(guī)格中心μ與分布中心不重合,●計(jì)算公式：,絕對(duì)偏移量 ：,偏移系數(shù) ：,過(guò)程能力指數(shù)：,或：,例2:測(cè)試一批零件外徑尺寸的平均值 =19.0101 s=0.0143，規(guī)格要求為 ，試計(jì)算過(guò)程能力指數(shù)并估計(jì)不合格品率解：由題意： 計(jì)算cpk,由Cp=0

6、.816，k=0.145查表得不良品率估計(jì)約為2.09%～2.46%,●計(jì)算公式：,1.僅有規(guī)格上限（Tu）,說(shuō)明：當(dāng)只有單側(cè)規(guī)格時(shí)，此時(shí)的單側(cè)過(guò)程能力指即為CPK,,例 : 某零件質(zhì)量要求加工后不得大于71g，測(cè)試部分?jǐn)?shù)據(jù)后得 ＝70.2g，S＝0.24g，試計(jì)算過(guò)程能力指數(shù)CPK 解：,(2)僅有規(guī)格下限（Tl） ●計(jì)算公式：,說(shuō)明：當(dāng)只有單側(cè)規(guī)格時(shí)，此時(shí)的單側(cè)過(guò)程能力指即為CPK,例3 要求

7、零件淬火后的硬度≥HRC 71，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后計(jì)算得 ＝HRC 73；S＝1，試計(jì)算過(guò)程能力指數(shù)Cpk 解：,三、計(jì)數(shù)值,1.從DPMO到Sigma (σ)水平,DPMO是基于下面的參數(shù)計(jì)算到:(1)D=缺陷數(shù)(2)O=單位缺陷數(shù)(3)U=單位數(shù)(4)DPMO=D/(U*O)*10 例:計(jì)算出過(guò)程DPMO=320PPM查正態(tài)分布表可得Z=3.59及為3.59 Sigma (σ)水平,6,四、制程不良率PPM推算

8、,1.由計(jì)量型數(shù)據(jù)的正態(tài)分布性質(zhì),我們可以在Cpk的基礎(chǔ)上通過(guò)查表標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表右邊機(jī)率查出不良率%:,,,,,X,USL,x,,,LSL,正態(tài)分布(μ,σ),,,,,,,,,,,,Z2=3Cpu—查標(biāo)準(zhǔn)正太分布右邊機(jī)率表及為單邊不良率P1%,Z1=3Cpl—查標(biāo)準(zhǔn)正太分布右邊機(jī)率表及為單邊不良率P2%,■不良率(總)=P1%+P2%,例：某一產(chǎn)品所計(jì)算得：Cpu=0.82 Cpl=1.21,試估計(jì)制程不良率？,不良率(總)=P1%+P

9、2%Z1=3* Cpl =3*1.21=3.63(查正態(tài)分布常數(shù)表0.0142%)Z2=3* Cpu=3*0.82 =2.46(查正態(tài)分布常數(shù)表0.6947%)總計(jì)不良率=0.0142%+0.6947%=0.7089%=7089PPM,查《標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布常數(shù)表》,2.產(chǎn)品特性的上下規(guī)格(USL,LSL),在已知產(chǎn)品平均值及標(biāo)準(zhǔn)差時(shí),可直接用EXCEL的計(jì)算功能算出不良率:,P%=(1-NORMDIST(USL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1)

10、+ NORMDIST(LSL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1))*100%,PPM=(1-NORMDIST(USL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1)+ NORMDIST(LSL,均值,標(biāo)準(zhǔn)差,1))*1000000%,例:通過(guò)SPC計(jì)量型控制圖已知某一產(chǎn)品的USL=1.5mm,LSL=1.0,X=1.31,σ=0.07,試估計(jì)制程不良率？,,P%=(1-NORMDIST(1.5,1.31,0.07,1)+ NORMDIST(1.0,1.31,0.07,1

11、))*100%=(1-0.996679+0.00005)*100%=0.3326%=3326PPM,五、長(zhǎng)期過(guò)程能力指數(shù),一、長(zhǎng)期過(guò)程能力(Process Performance ) 1.前面的短期制程能力研究主要是用于: 驗(yàn)證過(guò)程生產(chǎn)的產(chǎn)品是否符合客戶(hù)要求; 驗(yàn)證一個(gè)新過(guò)程或經(jīng)過(guò)調(diào)整的過(guò)程是否已符合生產(chǎn)要求; 2.而長(zhǎng)期過(guò)程能力研究與短期研究差異: 不要過(guò)程穩(wěn)定; 標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算方式不同;

12、 Pp=（USL-LSL）/6δLT Ppk=min(USL-u,u-LSL)/3δLT Ppu=(USL-u)/3δLT Ppl=(u-LSL)/3δLT,六、目標(biāo)能力指數(shù)Cpm,Cpm是反映過(guò)程輸出μ與目標(biāo)值m之間的偏差，主要用于反映過(guò)程的期望損失：,七、過(guò)程能力的評(píng)價(jià)與處理,過(guò)程能力指數(shù)Cp客觀地、定量地反映了過(guò)程能力對(duì)規(guī)格要求的適應(yīng)程度，因此它是工序能力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。根據(jù)過(guò)程能力指數(shù)的大小一般可

13、將加工分為五類(lèi)：,特級(jí)加工:Cp＞1.67,一級(jí)加工:1.67≥Cp＞1.33,二級(jí)加工:1.33≥ Cp＞1,三級(jí)加工:1≥Cp＞0.67,四級(jí)加工:Cp≤0.67,工藝方面（method)： 如工藝流程的安排，過(guò)程之間的銜接，工藝方法、工藝裝備、工藝參數(shù)、過(guò)程加工的指導(dǎo)文件、工藝卡、操作規(guī)范、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等；測(cè)量方面(measure)： 如測(cè)量?jī)x器的精度、穩(wěn)定性、測(cè)量者的讀數(shù)習(xí)慣、測(cè)量方法等等都會(huì)對(duì)結(jié)論的形成產(chǎn)生一定

14、的影響；環(huán)境方面(environment)：如生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、噪音干擾、振動(dòng)、照明、室內(nèi)凈化、現(xiàn)場(chǎng)污染程度等等。,影響過(guò)程能力的因素,K CP,,,K不好,CP好,K不好,CP不好,K好,CP好,K好,CP不好,提高過(guò)程能力指數(shù)的途徑,調(diào)整加工過(guò)程的分布中心，減少偏移量K，即:,提高過(guò)程能力Cp,即減少分散程度σ;,修訂標(biāo)準(zhǔn),增大范圍, 即T;,應(yīng)以制造單位為主,技術(shù)為副,品管為輔,應(yīng)以技術(shù)單位為主,制造為副,品管為輔,以上均不

15、能有效解決時(shí),為提高良品率降低質(zhì)量成本時(shí)才加以考慮,二.測(cè)量系統(tǒng)分析,測(cè)量系統(tǒng)分析的目的,測(cè)量系統(tǒng)分析的目的是確定所使用的數(shù)據(jù)是否可靠測(cè)量系統(tǒng)分析還可以：評(píng)估新的測(cè)量?jī)x器將兩種不同的測(cè)量方法進(jìn)行比較對(duì)可能存在問(wèn)題的測(cè)量方法進(jìn)行評(píng)估確定并解決測(cè)量系統(tǒng)誤差問(wèn)題,,,,,,,,,,,,,,,,,,過(guò)程變差剖析,,,,,,,,,,,,,,,長(zhǎng)期,過(guò)程變差,,,,,,,,短期,,,,,,,抽樣產(chǎn)生的變差,,,,,,實(shí)際過(guò)程變差,,,,,

16、,,,,,,,穩(wěn)定性,,,,,,,,,,,,,,,,線(xiàn)性,,,,,,,,,,,,,,重復(fù)性,,,,,,,準(zhǔn)確度,,,,,,,,,量具變差,,,,,,,操作員造成的變差,,,,,,,測(cè)量誤差,,,,,,過(guò)程變差觀測(cè)值,,,,,,,,“重復(fù)性” 和 “再現(xiàn)性” 是測(cè)量誤差的主要來(lái)源,再現(xiàn)性,,過(guò)程變差,,重復(fù)性和再現(xiàn)性,精確性—描述了測(cè)量系統(tǒng)的偏差可重復(fù)性—偏差由量具本身造成；（測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部變差）可再現(xiàn)性—偏差由測(cè)量者的技巧造成；（測(cè)

17、量系統(tǒng)之間或條件之間的變差）測(cè)量系統(tǒng)誤差=重復(fù)性+再現(xiàn)性,精確度：重復(fù)性,重復(fù)性,重復(fù)性,重復(fù)性,造成重復(fù)性的可能原因,零件內(nèi)部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性?xún)x器內(nèi)部：維修、磨損、設(shè)備或夾具的失效、質(zhì)量或保養(yǎng)不好標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部：質(zhì)量、等級(jí)、磨損方法內(nèi)部：作業(yè)準(zhǔn)備、技巧、歸零、固定、夾持、點(diǎn)密度的變差評(píng)價(jià)人內(nèi)部：技巧、位置、缺乏經(jīng)驗(yàn)、操作技能或培訓(xùn)、意識(shí)、疲勞,造成重復(fù)性的可能原因（續(xù)）,環(huán)境內(nèi)部：對(duì)溫度、

18、濕度、振動(dòng)、清潔的小幅度波動(dòng)錯(cuò)誤的假設(shè)—穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)牟僮魅狈Ψ€(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法，一致性不好量具誤用失真（量具或零件）、缺乏堅(jiān)固性應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）,準(zhǔn)確度：再現(xiàn)性,例：李梅與王丹各對(duì)10個(gè)模塊 ，重復(fù)測(cè)量3次進(jìn)行人員測(cè)量再現(xiàn)性分析，數(shù)據(jù)如下：,造成再現(xiàn)性誤差的潛在原因,零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測(cè)量A、B、C零件類(lèi)型時(shí)的平均差異儀器之間：在相同零件、操作者和環(huán)境下使用A、

19、B、C儀器測(cè)量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現(xiàn)性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。標(biāo)準(zhǔn)之間：在測(cè)量過(guò)程中，不同的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的平均影響。,方法之間：由于改變測(cè)量點(diǎn)密度、手動(dòng)或自動(dòng)系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。評(píng)價(jià)人（操作者）之間：評(píng)價(jià)人A、B、C之間由于培訓(xùn)、技巧、技能和經(jīng)驗(yàn)所造成的平均值差異。推薦在為產(chǎn)品和過(guò)程鑒定和使用手動(dòng)測(cè)量?jī)x器時(shí)使用這種研究方法。,造成再現(xiàn)性誤差的潛在原因（續(xù)）,環(huán)境之間：在經(jīng)過(guò)1、2

20、、3等時(shí)段所進(jìn)行的測(cè)量，由于環(huán)境周期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品和過(guò)程的鑒定。研究中的假設(shè)有誤缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法。操作者培訓(xùn)的有效性。應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）,測(cè)量系統(tǒng)分析的準(zhǔn)備工作,確定要測(cè)量的對(duì)象確定評(píng)價(jià)人的人數(shù)，抽樣零件的數(shù)量重復(fù)測(cè)量的次數(shù)評(píng)價(jià)人的選擇樣件的選擇儀器有足夠的分辨率確定測(cè)量程度,測(cè)量系統(tǒng)分析的兩個(gè)階段,階段一：理解測(cè)量過(guò)程，確定它是否滿(mǎn)

21、足要求？第一階段是驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)是否滿(mǎn)足其設(shè)計(jì)規(guī)范要求。此外驗(yàn)證是否存在任何與測(cè)量相互依賴(lài)的重要環(huán)境問(wèn)題。第一階段驗(yàn)證的結(jié)果可能說(shuō)明操作環(huán)境不會(huì)對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)變差產(chǎn)生重大影響。另外，與重復(fù)性和再現(xiàn)性要素相比較，測(cè)量裝置的偏倚和線(xiàn)性影響應(yīng)該較小。,測(cè)量系統(tǒng)分析的兩個(gè)階段（續(xù)）,階段二：隨著時(shí)間推移，測(cè)量系統(tǒng)是否能持續(xù)滿(mǎn)足要求？從階段一所得到知識(shí)應(yīng)該被用于改進(jìn)第二階段的測(cè)量。例如，如果在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)變差中，重復(fù)性和再現(xiàn)性的影響很大，那

22、么在第二階段中可能要周期性簡(jiǎn)單地進(jìn)行這兩個(gè)因素的統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)。第二階段是對(duì)變差的主要原因提供持續(xù)的監(jiān)控，從而說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)是持續(xù)可信的，或隨著時(shí)間的推移，測(cè)量系統(tǒng)是否出現(xiàn)變壞的信號(hào)。,連續(xù)變理測(cè)量系統(tǒng)分析,極差法：短期方法，快速的近似值均值—極差法：長(zhǎng)期方法，將變差分解為重復(fù)性和再現(xiàn)性、但不確定兩者的相互作用。ANOVA分析法：標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，可將變差分為四類(lèi)：零件、評(píng)價(jià)人、零件與評(píng)價(jià)人之間的相互作用，以及量具造成的重復(fù)誤差。,,% R

23、&RResults 30%測(cè)量系統(tǒng)需要改進(jìn),,Gage R&R 判斷原則,如果重復(fù)性大于再現(xiàn)性，原因可能是：,儀器需要維修可能需要對(duì)量具進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以獲得更好的嚴(yán)格度需要對(duì)量具的夾緊或固定裝置進(jìn)行改進(jìn)零件內(nèi)變差太大,如果再現(xiàn)性大于重復(fù)性，原因可能是：,需要更好的對(duì)評(píng)價(jià)人進(jìn)行如何使用和判讀該量具儀器的培訓(xùn)量具校準(zhǔn)，刻度不清晰某種夾具幫助評(píng)價(jià)人更一致地使用量具。,,R&R 對(duì)過(guò)程變差計(jì)算的影響

24、,,觀測(cè)到的過(guò)程變差,,實(shí)際的過(guò)程變差,,,測(cè)量系統(tǒng)的變差,P/T 與 %R&R,將測(cè)量系統(tǒng)的變差與產(chǎn)品容差比較是最常用的方法:P/T 可以表達(dá)與產(chǎn)品規(guī)范比較時(shí)的好壞程度. 產(chǎn)品規(guī)范的制訂有時(shí)會(huì)太緊，有時(shí)又太松。 一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)只是用來(lái)檢驗(yàn)生產(chǎn)線(xiàn)樣品是否合格時(shí)， P/T 是很有效的。因?yàn)檫@時(shí)候，即使過(guò)程能力(Cpk)不足， P/T 也可以給你足夠的信心來(lái)判斷產(chǎn)品的好壞測(cè)量系統(tǒng)變差與過(guò)程變差的比較（%R&

25、;R）更適合于研究過(guò)程的能力與過(guò)程改進(jìn)。,,,%R&R = 20%,%R&R = 50%,%R&R = 100%,測(cè)量系統(tǒng)變差,P/T = 20%,P/T = 50%,P/T = 100%,,,,,%R&R = 25%,%R&R = 50%,%R&R = 100%,測(cè)量系統(tǒng)變差,P/T = 50%,P/T = 100%,P/T = 200%,,,%R&R = 20%,%R&

26、R = 40%,%R&R = 100%,測(cè)量系統(tǒng)變差,P/T = 10%,P/T = 20%,P/T = 50%,,,過(guò)程實(shí)際變差,,破壞性試驗(yàn)的測(cè)量系統(tǒng)分析在一些情況下，在測(cè)量取數(shù)據(jù)的同時(shí)，樣件將遭到破壞；不能進(jìn)行多次重復(fù)性試驗(yàn)，因此需要采取其它補(bǔ)救方法進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析。常用的方法是認(rèn)為同批次內(nèi)樣件間的差異小到可以忽略不計(jì)，當(dāng)單個(gè)零件使用。 例1：碳素網(wǎng)球拍進(jìn)行平壓的壓力測(cè)試，我們選擇10個(gè)樣件，2個(gè)操作者，每個(gè)操作

27、者重復(fù)測(cè)2次，來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)。在這試驗(yàn)中，共進(jìn)行了40次測(cè)量操作。那么在此情況下，我們選取10個(gè)批次，從每個(gè)批次選取4個(gè)球拍，來(lái)完成該分析。 例2：一拉力機(jī)進(jìn)行粘度拉力試驗(yàn)，考慮到粘度樣本無(wú)法進(jìn)行重復(fù)使用，所以從同一批次中抽取2個(gè)樣本，采用同樣的方法，測(cè)得的數(shù)據(jù)如下：粘度試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果,,其中δm＝Ｒ／d2, 式中d2 可查控制圖系數(shù)表得到,由于樣本容量為2, d2取值為1.128. δm ＝

28、0.0614/1.128=0.054,,,其中δp＝Ｒ／d2, 式中R為移動(dòng)極差的均值 ， d2 可查控制圖系數(shù)表得到,由于樣本容量為2, d2取值為1.128.δp ＝0.9175/1.128=0.813,,,這里，做出單值—移動(dòng)極差控制圖,有了δm 、δp ，就可以估算δT,進(jìn)而計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)P/TV和P/T考察測(cè)量系統(tǒng)的分辨力, δT= δm + δp,2,2,2,非連續(xù)數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)分析,當(dāng)過(guò)程輸出特性為非連續(xù)性數(shù)據(jù)時(shí)